[发明专利]可见光通信用蓝光滤膜

说明书

技术领域

本发明涉及光学滤光薄膜，具体指应用于可见光通信中能将通信用蓝光信号从照明和背景光中过滤出来的蓝光滤膜。

背景技术

可见光通信(visible light communication,VLC)是一种在白光LED技术上发展起来的新兴光无线通信技术。与传统的射频通信和其他光无线通信相比,可见光通信具有发射功率高、无电磁干扰、无带宽限制、节约能源等优点，具有极大的发展潜力,已引起人们的广泛关注和研究。

目前常用于可见光通信的光源主要是蓝色光LED芯片+黄色荧光粉激发白光（光谱如图1所示）。蓝光LED激发荧光粉发光，使蓝光与激发出的荧光混合形成白光。基于这种光源的光谱特点，其中LED发出的蓝光用于通信，而其余波段的可见光用于照明，实现照明与通信一体化。

在可见光通信中，除了通信用的蓝光波段LED信号外，环境中还存在大量强度远大于蓝光信号的照明光和干扰光，这些光进入PIN管探测器中也会形成光响应信号，造成无法区分蓝光信号与噪声，严重干扰可见光通信。值得注意的是，通常PIN管探测器对500nm以上波长光的响应要显著强于500nm以下的蓝光通信信号，非通信干扰光形成非常强烈的噪声。如果不将其它波段的噪声进行过滤和抑制的话，是难以实现对蓝光信号的有效探测与通信的。为了过滤掉噪声，获得单纯的蓝光信号，需要在所有光进入探测器前加一个蓝光滤膜进行过滤，使得除了光通信用蓝光能够透过到达探测器外，其他波段的杂散光全部滤掉。

总之，要求在蓝光波段透过率要尽可能高，而在其它探测器有响应的可见和近红外波段则透过率要尽可能低，实现蓝光波段的带通滤波，过滤掉蓝光信号之外的大量噪声，实现可见光照明与通信一体化。

已有产品结构通常采用在光学玻璃或有色玻璃镀上简单的短波通滤光膜来实现的，主要存在以下不足：

1）蓝光信号波段透过率不够高，还有提升空间；

2）带外截止只做到了可见波段，对于探测器仍有较强响应的近红外波段又有很高透过率，导致噪声和信噪比不够高；

3）蓝光透过与可见截止的边界不够准确和陡峭，导致不是有过多的可见光噪声漏入，就是有过多蓝光信号被滤掉，从而降低效率和信噪比。

发明内容

本发明的目的是提供一种可见光通信用蓝光滤膜，为了获得尽可能多的通信用蓝光信号，同时抑制掉大量的照明和背景噪声，本发明将短波通滤光膜系、一系列高反膜系和减反膜系组合起来，其中短波通滤光膜系为了确保中心波长456nm附近的蓝光信号高效透过；一系列高反膜系组合则可实现500nm～1100nm可见及近红外区域的带外抑制，将此波段范围内探测器有响应的大量照明和背景辐射噪声抑制掉，提高蓝光通信的信噪比和传输速率；减反膜系则是在整个膜系基础上，减小表面的反射损失，进一步提高蓝光信号的接收效率。

由于通带（420nm～478nm）较宽（～60nm），而所需截止带相当宽（500nm～1100nm），因此本发明是由长波通膜系和短波通膜系的通带交叠来获得通带和截止带。

由于长波通滤波器和短波通滤波器简单叠加后形成的截止带宽度往往非常有限，截止带宽度远达不到设计要求，而且截止带的透射率仍较高，截止不彻底。因此，还需要进一步对通带外截止带进行扩展和优化。让截止带截止更彻底的具体方法是在所需的截止带上叠加更多不同波段的高反射膜系，波段从500nm覆盖至1100nm，截止深度达到0.6%以下。

根据可见光通信用LED的具体光谱特性，将蓝光带通的长波端截止边精确调节至如图1所示蓝光信号与可见光荧光照明之间的交界处（白光LED透射谱的谷值），使得蓝光信号透过与可见截止的边界陡峭、准确，在最大程度滤掉可见照明光干扰的同时，蓝光信号的损失最小，既有效地遏制了可见光噪声的影响，又保证了蓝光信号的高效通过，从而最大程度地提高了效率和信噪比。

单个λ/4膜堆中高、低折射率材料的折射率差别越大则高反射带越宽。但实际中可选的材料范围十分有限，极大地限制了高、低折射率材料间的折射率差别，因此单个λ/4膜堆的高反射区宽度非常有限，还需要扩展高反射区的宽度。本发明中采用的展宽方法是：在一个λ/4高反射多层膜上，叠加另一个中心波长不同的λ/4高反射多层膜，即直接将不同波段的高反射带进行拼接，从而扩展其高反射区。